可编程控制器在生产流水线控制系统中的应用

范鹏程 北京航天拓扑高科技有限责任公司

一、可编程控制器

可编程控制器，简称 PLC是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，在电工委员会颁布的 PLC 标准草案中对 PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

二、PLC 的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能，PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.配套齐全，功能完善，适用性强。PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

三、可编程控制器在自动流水线系统应用

1.自动流水线基本概念

在大量生产中，为提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件，不仅要求机床能自动的对工件进行加工，并且要求工件的装卸、工件的工序问的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此，把设备按工件的加工工序顺序依次排列，用自动输送装置将他们联成一个整体，并用控制系统将各个部分的动作协调起来，使其按照规定的动作自动的进行工作，这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。

2.自动流水线基本组成及工作过程

1）自动流水线基本组成

（1）控制单元。控制单元由电源模块、PLC组成。电源单元选用开关电源，主要作用是为系统提供直流24 V的电源。系统选用PLC主要是用于分别控制平面仓储系统和材料分拣系统，然后通过PLC网络实现PLC之间的相互通汛，完成系统的统一动作。PLC之间的网络根据PLC的机型特点，可分别选用PPI、PC—LINK、C—Net等网络方式。

（2）材料分拣系统。材料分拣系统由传送带、传感器组、变频器、交流电机、旋转编码器、井式出料塔、气动推料机构等组成。其中变频器、旋转编码器、交流电机与PLC组成带位置反馈的速度控制系统。传感器组由电容传感器、电感传感器、颜色传感器、光电传感器组成，可以识别货物的颜色、材质、数量等属性。

（3）气动机械手。本系统中，气动机械手的上升、下降、夹紧、放松和旋转，货物的入库动作都是选择气动技术来完成的。气动夹作为气缸中的一种，主要是针对机械手的用途而设计的，它用来夹取物体，实现机械手的各种动作。机械手上升和下降、货物入库采用直线型气缸来完成。

（4）接口单元。接口单元采用开放式结构，系统所有控制线和信号线均通过导线引到面板上来，因此在实验时，只需要在面板上接线即可。

2）自动流水线工作过程

自动流水线模拟系统主要由传送带、传感器组、变频器、交流电机、井式出料塔、气动推料机构、步进电机及其驱动器、气动机械手、平面库、直线导轨、气动人库机构等组成。各机构由PLC控制驱动。其过程如下，将货物推到井式出料塔后，变频器启动（传送带同时动作），有料传感器检测到货物，气动机械手下降、夹手、上升、旋转完成后，将货物送到取货位上，步进电机发脉冲控制气动入库机构动作。按货物属性，分别人库。生产过程均由PLC自动控制，需要时也可手动操作，控制系统工作原理：控制系统采用顺序控制方式，顺序控制主要是以预先设定的时间或条件为依据。按预定的动作顺序，控制被控对象，按规定的工艺流程自动运行。由于控制系统的执行驱动元件与部件（电磁阀，步进电机），功率大，工作电压与电流也大，因此系统设置了驱动电路和驱动继电器，线圈执行元件的驱动电路，从PLC接受信号，由固态继电器放大，然后去驱动线圈执行元件，如步进电机，电磁阀。当操作者按下启动按钮后，进入PLC自动控制中，PLC按设定的时间或条件。以及预先规定动作顺序，输出信号，使被控对象按规定的工艺流程自动运行。

不同行业在采用 PLC 时其关注点会有所不同，故其功能需求也会不一样。因此，在 PLC 通用功能的基础上针对不同行业应用特点开发专业化 PLC 产品，不仅可以提高产品性能、降低产品成本，而且可以提高产品的易用性和专业化水平，提高产品的综合竞争实力。